In klimaatkwesties is koolstofdioxide (CO₂) een belangrijke speler. Het gas zorgt immers voor een versterkt broeikaseffect en dus opwarming. Maar welke gevolgen heeft een stijgende CO₂-concentratie op lange termijn voor de rest van de koolstofkringloop? Om daar achter te komen onderzoekt Robin van der Ploeg, NESSC-promovendus aan de Universiteit Utrecht, veranderingen in de koolstofkringloop tijdens perioden van klimaatopwarming in het verleden.

De theorie van de lange koolstofkringloop in een notendop: de aarde heeft zijn eigen feedbacksysteem om CO₂-concentraties – en dus temperatuur – te reguleren. Robin: ‘Wanneer de temperatuur op aarde stijgt, treedt er snellere chemische verwering van gesteente op. CO₂ wordt daarbij onttrokken aan de atmosfeer; het broeikaseffect wordt minder, dus de aarde kan afkoelen. Het CO₂ komt vervolgens via rivieren in de oceaan terecht. De oceaan wordt daardoor zuurder, maar een buffersysteem houdt die verzuring onder normale omstandigheden in bedwang. Uiteindelijk wordt het extra CO₂ weer vastgelegd in gesteenten op de zeebodem.’

Probleem is: het lijkt erop dat de negatieve terugkoppeling van verwering op CO₂ niet altijd even goed werkt, vertelt Robin. Dat zie je bijvoorbeeld tijdens het Middle Eocene Climatic Optimum (MECO), een wereldwijde periode van opwarming 40 miljoen jaar geleden. Daarbij duurde het wel 500 duizend jaar voordat het klimaatsysteem en de koolstofkringloop zich konden herstellen. Te lang voor wat je op basis van de theorie verwacht, zegt Robin. ‘We denken dat er destijds te weinig verwering heeft plaatsgevonden om de stijgende CO₂-concentraties te neutraliseren. Sterker nog, het zou zelfs kunnen dat de opwarming tijdens het MECO is veroorzaakt door een afname in de verweerbaarheid van de continenten.’

Om dat vermoeden te bevestigen, verzamelt Robin meer gegevens over de koolstofkringloop in die periode. Hij gebruikt daarvoor osmiumisotopen – osmium komt namelijk voor als sporenelement in gesteenten op land én in de oceaan, waardoor je er een deel van de koolstofcyclus mee kunt traceren. Voor zijn onderzoek neemt Robin monsters uit boorkernen van verschillende locaties, waaruit hij het osmium isoleert en de isotopen meet in een massaspectrometer.

Robins onderzoek is vooral belangrijk om uit te pluizen wat de interactie is tussen het klimaatsysteem en de koolstofcyclus. ‘Wat veroorzaakt klimaatverandering? Hoe reguleert het systeem zich? Als we dat beter weten, kunnen we klimaatverandering in de komende eeuw misschien niet precies voorspellen – maar wel fundamenteel begrijpen,’ zegt Robin.